边坡监测技术及其在采矿安全中的应用

引言

在采矿工程中，边坡监测是一项至关重要的工作，直接关系到采矿作业的安全性与效率。随着科技的进步，边坡监测技术不断发展，从传统的手动测量到现代的智能化监测，不仅提高了监测的精度和实时性，还大大增强了对滑坡等地质灾害的预测和防控能力。本文将从表面位移监测、应力监测和内部位移监测三个方面，深入探讨边坡监测技术的原理、方法及其在采矿安全中的应用。

一、边坡监测的重要性

边坡监测是采矿工程安全管理的重要组成部分，对于预防和减少滑坡、崩塌等地质灾害具有重要意义。在露天矿山中，边坡的稳定性直接关系到矿山的生产安全和经济效益。因此，科学合理地开展边坡监测工作，对于保障矿山安全生产、提高经济效益具有十分重要的作用。

基于监测数据、岩石力学特性实验数据、岩石的构造测量数据以及滑坡事故的数据库等。应用智能岩石力学计算、数值计算和专家系统等方法对边坡稳定性进行研判分析，可大大提高对滑坡事故的预测水平。这也是监测系统的最主要的一个体现。现在我们很多的国内国外的一些矿山，在我们这个沿边坡稳定性监测方面，应该说都做了很多的工作，有很多的成果在我们的矿山进行应用。
二、表面位移监测

表面位移监测是边坡监测中最直观、最常用的方法之一。通过测量边坡表面各点的位移变化，可以直观地反映边坡的变形特征，为边坡稳定性分析提供重要依据。

2.1 全球卫星定位技术（GPS）

GPS技术以其高精度、全天候、自动化的特点，在边坡表面位移监测中得到了广泛应用。通过布设在边坡上的GPS接收机，可以实时获取边坡表面各点的三维坐标，进而计算出各点的位移变化。GPS技术不仅可以实现远距离、大范围的边坡监测，还可以实现无人值守的自动化监测，大大提高了监测的效率和精度。

2.2 智能全站仪

智能全站仪是另一种常用的边坡表面位移监测设备。它结合了电子测距、电子测角和数据处理等先进技术，可以实现对边坡表面各点的高精度测量。智能全站仪具有操作简单、测量速度快、精度高等优点，在边坡监测中得到了广泛应用。然而，由于其测量范围有限，且需要人工操作，因此在一些大规模、复杂的边坡监测项目中，可能需要配合其他监测设备使用。

我们表面位移监测，一般的来说，都可以应用于全球卫星定位和智能全站仪，都可应用于边坡稳定性的位移的测量。其测量的结果比较直观，可直接反映边坡的变形的特征。但对典型的位移的监测点的布置要求较高，加之表面位移在边坡变形过程中具有持续性，常导致测量到的表面的位移滞后于边坡的破坏，因此说有很多没有发挥作用，像我们下图似的。

所以说这种边坡的监测的动态性、实时性和低滞后性，对我们边坡的应用非常的重要。

2.3 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是一种新型的边坡表面位移监测方法。该技术利用激光扫描仪发射激光束，对边坡表面进行快速扫描，通过计算激光束的反射时间和角度，获取边坡表面的三维点云数据。基于这些数据，可以重建边坡表面的三维模型，并计算出边坡表面的位移变化。

三维激光扫描技术具有非接触、高精度、大范围等优点，能够有效消除植被等因素的影响，实现对边坡表面位移的精确测量。

2.4 表面位移监测雷达

表面位移监测雷达分为合成孔径雷达（SAR）和真实孔径雷达两种。

SAR雷达通过小天线沿长线阵轨迹等速移动并辐射相参参数，获得高分辨率的成像数据，从而实现对边坡表面位移的监测。

真实孔径雷达则通过直接发射和接收雷达波，测量边坡表面的距离变化。雷达监测技术具有实时性强、监测范围广等优点，在边坡监测中具有重要的应用价值。

我们在进行应用的时候，也可以根据矿山的具体的要求跟具体的边坡测量的要求，来选不同的这种表面的位移的监测的雷达。我们这个位移的监测的雷达，实际的布置，就是我们一个实际的布置图。这里边的监测的设备有这么几种，包括报警器、摄像头，包括太阳能板的供电装置、气象的装置、天线等等。很多的这样的组成了这样的一个监测的系统。
三、应力监测

应力监测是边坡监测中另一个重要的方面。通过测量边坡岩体内不同部位以及地表的应力变化情况，可以反映边坡的变形强度，为边坡稳定性分析提供重要依据。

3.1 传统应力监测仪器

传统的应力监测仪器包括锚杆应力计、锚索应力计、钻孔应力计、土应力计和地应力计等。这些仪器通过安装在边坡岩体内的传感器，测量岩体内的应力变化。虽然这些仪器在边坡应力监测中发挥了重要作用，但由于其测量范围有限，且容易受到外界因素的影响，因此在一些复杂的地质条件下，可能需要配合其他监测手段使用。

3.2 深部滑动力监测技术

深部滑动力监测技术是一种先进的边坡应力监测方法。该技术通过在边坡岩体内打设钻孔，并在钻孔中安装测力传感器，测量岩体内的滑动力变化。通过在不同天然滑体力系中加入人为的扰动力（如高能量吸收锚索的锚固力），可以建立起边坡深部滑动的力学模型，实现对深部滑动力的监测和分析。该技术具有测量精度高、监测范围大等优点，在边坡应力监测中具有重要的应用价值。

现在我们还有是很多的用应用深部的滑动力的检测，深部滑动力监测是目前较为先进的，也是较为有效的边坡应力监测方法。源于锚索的这种应力的监测，包括滑坡是主要在重力的作用下产生的坡体变形，所以作用在天然滑体的基本力：主要有下滑力、抗滑力和滑体自身的重力这三个部分组成。那么监测和分析的方法，通过在不同的天然滑体力系中加入一个人为的扰动力，即高能量吸收锚索的锚固力。这个锚固力大家看到了在岩体中打了一个孔，把这个测力的传感器加进来以后，使之变形，成为一个可测的力学体系，即可建立起边坡深部滑动的力学模型，实现对深部滑动力的监测和分析，这个就是其中应用的一个实例。

四、内部位移监测

内部位移监测是边坡监测中不可或缺的一部分。通过测量边坡岩体内部的位移变化，可以确定滑面位置，为边坡稳定性分析提供重要依据。

4.1 钻孔测斜仪

钻孔测斜仪是一种常用的内部位移监测设备。它通过在边坡岩体内打设钻孔，并在钻孔中安装测斜管或测斜仪，测量岩体内部的位移变化。钻孔测斜仪具有测量精度高、适用范围广等优点，在边坡内部位移监测中得到了广泛应用。然而，当边坡产生较大错动时，钻孔测斜仪可能会受到破坏，导致监测数据中断。因此，在实际应用中，需要采取一定的保护措施，如增加监测点的密度、使用更坚固的测斜管等，以提高监测的可靠性和稳定性。

4.2 TDR（时域反射）技术

TDR（Time Domain Reflectometry）技术是一种基于电磁波传播原理的位移监测方法，特别适用于岩体内部位移的监测。该技术通过向同轴电缆中发送瞬时脉冲信号，并监测信号在电缆中的传播和反射情况，从而推断出电缆周围岩体的位移变化。TDR技术具有非接触、高精度、实时监测等优点，能够在复杂的地质条件下提供可靠的内部位移监测数据。

在TDR测量中，同轴电缆被埋设在岩体钻孔中，并通过水泥等材料与岩体紧密结合。当岩体发生位移时，同轴电缆也会随之发生形变，导致电缆的阻抗发生变化。这种阻抗变化会反映在脉冲信号的传播特性上，通过测量和分析这些信号变化，可以准确地计算出岩体内部的位移量。

五、智能岩石力学在边坡监测中的应用

随着智能岩石力学的发展，边坡监测技术也迎来了新的机遇和挑战。智能岩石力学通过结合现代传感器技术、数据处理技术和人工智能算法，实现了对边坡稳定性的智能化监测和分析。

5.1 传感器网络

在智能岩石力学监测系统中，传感器网络是核心组成部分。通过在边坡表面和岩体内布设大量的传感器，可以实时获取边坡的位移、应力、温度、湿度等多种参数信息。这些传感器通过无线通信技术将数据传输到数据中心，为后续的数据处理和分析提供基础数据支持。

5.2 数据处理与分析

智能岩石力学监测系统需要对采集到的大量数据进行高效处理和分析。这包括数据清洗、去噪、特征提取、模式识别等多个环节。通过应用先进的算法和模型，可以实现对边坡稳定性的实时监测和预警。同时，还可以利用历史数据和专家知识库，对边坡的稳定性进行长期预测和评估。

5.3 人工智能算法

人工智能算法在智能岩石力学监测系统中发挥着重要作用。通过训练机器学习模型，可以实现对边坡监测数据的智能分析和预测。例如，可以利用神经网络算法对边坡的位移数据进行建模和预测；利用支持向量机算法对边坡的稳定性进行分类和评估；利用深度学习算法对边坡的变形机制进行深入研究等。这些算法的应用不仅提高了监测的精度和实时性，还增强了系统的智能化水平和决策支持能力。

六、边坡监测技术的发展趋势

随着科技的不断进步和采矿工程的不断发展，边坡监测技术也将迎来新的发展趋势。

6.1 监测技术的集成化

未来的边坡监测技术将更加注重多种监测手段的集成应用。通过集成GPS、全站仪、三维激光扫描、雷达监测、应力监测和内部位移监测等多种技术手段，可以实现对边坡的全面、立体、实时监测。这种集成化的监测方式将大大提高监测的精度和可靠性，为边坡稳定性分析提供更加全面和准确的数据支持。

6.2 监测系统的智能化

智能化是边坡监测技术发展的重要方向之一。未来的监测系统将更加注重智能化水平的提升，通过应用人工智能算法、大数据分析等技术手段，实现对监测数据的智能分析和预测。同时，还将引入自动化控制和远程监控等功能，实现对边坡监测的无人值守和远程管理。这种智能化的监测系统将大大提高监测的效率和便捷性，降低人力成本和安全风险。

6.3 监测数据的可视化

可视化是边坡监测数据呈现的重要方式之一。未来的监测系统将更加注重监测数据的可视化表达，通过生成三维模型、动态图表、虚拟现实等可视化形式，将监测数据直观地展示给用户。这种可视化的表达方式将使用户更加容易理解和分析监测数据，提高决策的科学性和准确性。

七、结论

边坡监测是采矿工程安全管理的重要组成部分，对于预防和减少滑坡等地质灾害具有重要意义。随着科技的进步和采矿工程的发展，边坡监测技术不断得到创新和完善。本文从表面位移监测、应力监测和内部位移监测三个方面详细介绍了边坡监测技术的原理、方法及其在采矿安全中的应用。同时，还探讨了智能岩石力学在边坡监测中的应用以及边坡监测技术的发展趋势。相信在未来的发展中，边坡监测技术将不断取得新的突破和进展，为采矿工程的安全生产提供更加坚实的技术保障。

文章来源：矿山课堂